Натрий – калий насосы мысалындағы белсенді тасымал механизмі. Биология, 11 сынып, дидактикалық материал.

БЕЛСЕНДІ ТРАНСПОРТ

Белсенді транспорт — бұл концентрация градиентіне қарсы энергияны тұтынумен байланысты мембрана арқылы молекулалар мен иондардың ауысуы. Энергия қажет, өйткені материя табиғи бағытқа қарама-қарсы бағытта қозғалуы керек. Қимыл әдетте бір бағытта болады, ал диффузия қайтымды. Белсенді транспорт үшін энергия көзі - АТФ - тыныс алу кезінде пайда болатын және жасушада энергия тасымалдаушы рөлін атқаратын қосылыс. Сондықтан тыныс алу болмаған кезде белсенді транспорт жүре алмайды.

Сурет 1 Na⁺, К⁺, және Сl в иондарының қоршаған ортадағы концентрациясы (миллимольдерде).

Жасушадан тыс және жасуша ішілік сұйықтықтарда натрий иондары (Na *), калий иондары (K *) және хлорид иондары (С1 «) басым болады. Суретте бұл иондардың эритроциттер мен адамның қан плазмасындағы концентрациясы өте әр түрлі екені көрінеді. Эритроциттердің ішінде, көптеген жасушалардағыдай, калий концентрациясы сырттан қарағанда әлдеқайда жоғары. Тағы бір ерекшелігі - жасушадағы калий концентрациясы натрий концентрациясынан асып түседі.

Егер қандай-да бір нақты әрекет арқылы, мысалы, цианид көмегімен эритроциттердің тыныс алуы басылса, онда олардың иондық құрамы біртіндеп өзгеріп, ақыр соңында қан плазмасының иондық құрамына тең болады. Бұл осы иондардың эритроциттердің плазмалық мембранасы арқылы пассивті түрде диффузияға түсетіндігін көрсетеді, бірақ бұл қалыпты жағдайда тыныс алу процесі қамтамасыз ететін энергияның әсерінен олардың белсенді тасымалдануы жүреді, соның арқасында 1-суретте көрсетілген концентрация сақталады, басқаша айтқанда, натрий жасушадан белсенді түрде шығарылады. және оған калий белсенді түрде сорылады.

Белсенді тасымалдау плазма мембранасында локализацияланған тасымалдаушы ақуыздар көмегімен жүзеге асырылады. Бұл нәруыздардың жеңілдетілген диффузияны талқылау кезінде айтылған нәруыздардан айырмашылығы, олардың конформациясын өзгерту үшін энергия қажет. Ол бұл энергияны тыныс алу кезінде пайда болатын АТФ-ға береді.

Плазмалық мембранадағы жасушалардың көпшілігінде натрий насосы жасушадан тыс белсенді түрде натрийді шығарылатындығы жақында анықталды. Жануарлар жасушаларында натрий насосы калий ионымен байланысады, ол қоршаған ортадан калий иондарын белсенді сіңіріп, оларды жасушаға тасымалдайды. Мұндай біріктірілген сорғы натрий-калий насосы деп аталады | (Na +, K +) - насос|. Насос жануарлардың барлық дерлік жасушаларында болады және оларда бірқатар маңызды функцияларды орындайды, бұл белсенді тасымалдау механизмінің жақсы мысалы болып табылады. Оның физиологиялық маңыздылығы демалу кезінде жануарлар жасушасы тұтынатын АТФ-ның үштен бір бөлігін натрий мен калийді айдауға жұмсайды.

Сурет 2. Натрий-калий насосы.

Насосы - бұл арнайы тасымалдаушы ақуыз, ол мембранада оның бүкіл қалыңдығына енеді (Cурет 2). Натрий мен АТФ оған мембрананың ішінен, ал калий сырттан енеді. Натрий мен калийдің мембрана арқылы өтуі осы ақуыз өтетін конформациялық өзгерістер нәтижесінде пайда болады. Екі сіңірілген калий ионы үшін үш натрий ионы жасушадан шығарылатынына назар аударыңыз. Нәтижесінде жасушаның құрамы сыртқы ортаға қатысты теріс бола бастайды және мембраналардың екі жағы арасында ықтимал айырмашылық пайда болады. Бұл хлорид иондары сияқты теріс зарядталған иондардың (аниондардың) жасушасына енуін шектейді. Дәл осы жағдай эритроциттердегі хлорид иондарының концентрациясы қан плазмасына қарағанда төмен (2-сурет), бірақ бұл иондар жеңілдетілген диффузияның арқасында жасушаларға еніп кете алады. Позитивті зарядталған иондар (катиондар), керісінше, жасушаны тартады. Осылайша, екі фактор - концентрация және электр заряды - мембрана арқылы қандай бағыттағы иондар өтетінін анықтауда маңызды.

Натрий-калий насосы жануарлар жасушаларына осмотикалық тепе-теңдікті сақтау үшін қажет (осморегуляция). Егер ол жұмысын тоқтатса, жасуша ісініп, ақырында жарыла бастайды. Бұл жасушада натрий иондарының жинақталуымен осмотикалық күштердің әсерінен суды көбірек алады. Қатты жасуша қабырғалары бар бактериялар, саңырауқұлақтар мен өсімдіктерге мұндай сорғы қажет емес екені түсінікті. Жануарлардың жасушалары оған жүйке мен бұлшықет жасушаларында электрлік белсенділікті қамтамасыз ету үшін және, ақырында, қант пен аминқышқылдары сияқты белгілі бір заттарды белсенді тасымалдау үшін қажет. Калийдің жоғары концентрациясы ақуыз синтезі, гликолиз, фотосинтез және басқа да өмірлік процестер үшін қажет. Белсенді тасымалдауды барлық жасушалар жүзеге асырады, бірақ кейбір жағдайларда ол ерекше маңызды рөл атқарады. Бұл эпителийдің ішек пен бүйрек түтікшелерін жабатын жасушаларында дәл кездеседі, өйткені бұл жасушалардың қызметі секреция мен сіңірумен байланысты.

ІШЕКТЕГІ БЕЛСЕНДІ ТАСЫМАЛ. Аш ішекте сіңірілетін тағамдық ас қорыту өнімдері ішек қабырғасында орналасқан эпителий жасушалары арқылы өтуі керек. Содан кейін қан тамырларының қабырғаларын құрайтын жасушалар арқылы глюкоза, аминқышқылдары мен тұздар қанға еніп, қан арқылы бауырға жеткізіледі. Тамақтанғаннан кейін көп ұзамай оның ас қорыту өнімдерінің концентрациясы ішекте жеткілікті жоғары деңгейге жетеді, сондықтан белгілі бір дәрежеде сіңіру де диффузияның нәтижесі болып табылады. Алайда, мұндағы диффузия өте баяу және оны белсенді тасымалмен толықтырған жөн. Сурет. 3те көрініп тұрғандағыдай, бұл белсенді тасымал Na +, K + - насосының жұмысымен байланысты.

Натрий-калий насосымен жасушадан шығарылған натрий қайтадан жасушаға таралады. Мембранада натрий мен глюкоза өз функцияларын орындау үшін қажет болатын ақуыз бар. Жеңіл диффузияның арқасында олар жасушаға бірге пассивті түрде тасымалданады. Аминқышқылдарының белсенді тасымалдануы ұқсас ақуыз «натрий амин қышқылы» тасымалдаушысының қатысуымен жүреді; бұл процестің белсенді бөлігі - натрийді айдау.

Сурет 3. Ішек немесе бүйректің плазмалық мембранасы арқыры глюкозаның белсенді тасымалы.

ЖҮЙКЕ ЖӘНЕ БҰЛШЫҚ ЕТТЕГІ БЕЛСЕНДІ ТАСЫМАЛ. Жүйке және бұлшықет жасушаларында натрий-калий насосы тыныштық потенциалы деп аталатын плазмалық мембрананың ықтимал айырмашылығының пайда болуын қамтамасыз етеді. Бұлшықет жасушаларының саркоплазмалық ретикулумының мембраналарында кальций насосы әрекет етеді; бұл жағдайда кальций қоршаған цитоплазмадан саркоплазмалық ретикулумға (эндоплазмалық ретикулумның мамандандырылған түрі) белсенді түрде жіберіледі. Бұлшықет жиырылуы импульстен туындаған кальцийдің тез бөлінуіне жауап ретінде пайда болады.